近日，我院张睿教授在国际知名学术期刊《 Current Biology 》上发表题为“The mechanism underlying asymmetric bending of lateral petals in Delphinium (Ranunculaceae)”的研究论文，揭示了植物花瓣运动的新方式及其机制。
不同于动物，陆生植物通常根植于地面，无法自由运动。尽管如此，植物的一些组织、器官甚至单个细胞却可以响应环境信号而运动，以保证植物的生存、生长和繁殖。这种有趣的现象引起了很多生物学家的兴趣；达尔文在《The Power of Movement in Plants》一书中就对此进行了系统描述。在植物诸多的运动中，花的开放无疑是最具吸引力的一类；它可以将雌雄蕊暴露在外，以利于传粉受精。值得注意的是，绝大多数植物花的开放主要由花瓣朝向花梗的运动（即向下运动）所驱使。然而，在毛茛科翠雀属（ Delphinium ）植物的花中，它们的一对侧部花瓣却呈现出一种极为复杂且特殊的运动方式，即镜像式螺旋运动（mirrored helical rotation）。更有意思的是，广泛分布于亚洲（特别是我国西南和喜马拉雅地区）的两个亚属植物的侧部花瓣还会发生非对称弯折，从而进一步强化了镜像式螺旋运动的程度。该研究还发现，这种花瓣的非对称弯折是一个尚未被发现的新性状，所以它的形态基础、发育过程和分子机制都不清楚。
针对上述问题，该团队以翠雀属还亮草（ D. anthriscifolium ）为主要研究材料，通过形态、解剖、发育、数学建模、比较转录组和分子生物学等综合手段对侧部花瓣的非对称弯折展开了系统研究。研究结果发现，花瓣的非对称弯折是由于花瓣正面局部细胞宽度的快速增加，以及细胞壁所形成的特化纳米结构所导致；一个HD-Zip I家族基因， DeanLMI1 ，通过影响细胞膨大和细胞壁纳米结构而促进花瓣的非对称弯折，其表达下调会导致弯折结构的消失； DeanLMI1 基因还可能通过调控生长素的不均匀分布来影响花瓣的非对称弯折。这些结果不仅首次全面系统地描述了花瓣不对称弯折的机制，而且为花的开放和植物器官螺旋运动的机制提供了一些新的见解。
我院博士生张行行、硕士生薛方和青年教师郭丽萍为本文共同第一作者，张睿教授为通讯作者。中国科学院植物研究所孔宏智研究员和特别研究助理程劼，以及法国安的列斯大学Jabbour教授也参与了该项研究。该研究得到了国家自然科学基金面上项目、秦创原项目和西北农林科技大学高层次引进人才科研启动项目的资助。
文章链接：
https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.01.004
